Способ получения оксифторидов графита

 

Сущность изобретения: тетрауглеродмонофторид обрабатывают хлоратом щелочного металла или триоксида хрома в .среде жидкого фтористого водорода при температуре не более 100°С при мольном соотношении тетрауглёродмбнофторида и хлората щелочного металла или триоксида хрома 4:(5-8). Получают оксифторидграфит состава CxOFy, где х 45,0-5,05; у 1,4-1,5.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!is С 01 В 31/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4855602/26 (22) 30.07.90 (46) 23.01.93. Бюл. № 3 (71) Институт неорганической химии СО АН °

СССР (72) А.С.Назаров, В.Г.Макотченко и И.И, Яковлев (73) Институт неорганической химии (56) R, iagow, R. Badachhape, J. Wood, I.

Margrave, Some New Synthetic Approaches to

Graphite-Fluorine Chemistry, J,с,s. Dalton, ¹

12, 1974, р, 1268-1273.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к синтезу оксифторидов графита C>OF>, где х= 4,50-5,05, у= 1,41,5, — нелетучих и нестехиометрических кислород- и фторсодержащих ковалентных соединений графита, которые используются в качестве катодных материалов в химических источниках тока, катализаторов органического синтеза, твердых смазок и твердых матриц для получения слоистых соединений внедрения органическими и неорганическими веществами.

Наиболее близким по значению мольного отношения углерода к кислороду и содержанию фтора .является способ получения оксифторидов графита путем фторирования окиси графита газообразным фтором.

В качестве исходного соединения используется окись графита, получение которой является многостадийным и очень трудоемким процессом. Это обусловлено тем, что окись графита получается путем окисления графита перманганатом калия

5U 1790546 А3 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИФТОРИДОВ ГРАФИТА (57) Сущность изобретения: тетрауглеродмонофторид обрабатывают хлоратом щелочного металла или триоксида хрома в .среде жидкого фтористого водорода при температуре не более 100 С при мольном соотношении тетрауглеродмонофторида и хлората щелочного металла или триоксида хрома 4:(5-8). Получают оксифторидграфит состава СхОРУ, где х = 45,0-5,05; у= 1,4-1,5, ЪФ или хлоратами натрия и калия в серной или азотной кислоте. Вследствие гидрофильных свойств окиси графита происходит прочное удерживание окисью графита твердых продук- ф тов восстановления укаэанных,окислителей. Поэтому для отмывки окиси графита от твердых солей требуется многократная промывка водой, Этот процесс сопровождается 3 гидратацией и набуханием окиси графита, Q что сильно замедляет процесс отмывки и С) фильтрации. Все это приводит к получению (Л на единицу массы окиси графита больших ф, количеств кислых flpoMblBHIIx вод. Весьма О трудоемким является также и последующий процесс обезвоживания окиси графита, проводимый путем ее нагревания в вакууме или путем промывки водной окиси графита (h) ( органическими растворителями — ацетоном, спиртом и т.д. Вследствие этого получение больших количеств окиси графита затруднено, Таким образом, недостатками известного способа я вляются низкая технологичность и сложность (многостадийность) процесса.

1790546

45 с их количеством при получении окиси графита. Поэтому использование тетраугле- 50 родмонофторида для получения оксифторидов графита устраняет недостатки, присущие, известному способу и обусловленные использованием для получения оксифторидов графита окиси графита, зна- 55 чительно упрощает процесс получения оксифторидов графита, делает его технологичным, что облегчает получение больших количеств оксифторидов графита и

Целью изобретения является уменьшение пожаро- и взрывоопасности процесса нижения себестоимости конечного продукта.

Цель достигается тем, что оксифториды графита получают обработкой тетрауглеродмонофторида хлоратами щелочных металлов или триоксидом хрома в среде жидкого фтористого водорода при температурах от комнатной до 100 С, Поставленная цель достигается также тем, что процеСс ведут при мольном соотношении тетрауглеродмонофторида и хлората щелочного металла или триоксид хрома равном 4:(5-8).

Температура процесса выбирается в пределах от комнатной до 100 С, что обусловлено технологичностью этого интервала и возможностью использования водяной бани для обогрева реактора. Кроме того, при повышении 100 С возможно разложение оксифторида графита, Мольное соотношение компонентов (тетрауглеродмонофторида, окислителя и фтористого водорода) выбирается в пределах 4:(5-8):(2-3) с целью получения в указанных системах оксифторидов графита с максимальным содержанием кислорода, Тетрауглеродмонофторид — нелетучий фторид графита. Он, в отличии от окиси графита, является легкодоступным продуктом, так как получается по широко известному одностадийному процессу фторирования графита смесью газообразных фтора и фтористого водорода при комнатной температуре. в трубчатом проточном реакторе в виде соединения близкого по составу к C4F yHF, где у 0,1, без образования каких-либо побочных продуктов, Гидрофобные свойства этого соединения и оксифторидов графита, в отличии от гидрофильных свойств окиси графита, препятствуют сорбции солей из водных растворов, что значительно облегчает отмывку получаемых согласно изобретению оксифторидов графита от твердых продуктов восстановления окислителей.

Вследствие этого значительно сокращается объем промывных растворов по сравнению

40 делает их доступными для практического использования, Процесс проводят следующим образом.

Для получения оксифторидов графита смесь исходных реагентов выдерживают при температурах от комнатной до 100 С, Затем реакционную массу выдерживают в токе инертного газа для удаления избытка фтористого водорода, промывают водой и высушивают на воздухе, Способ позволяет получать оксифториды графита, в которых мольное отношение углерода к кислороду составляет 4,5-5, а содержание фтора 2729 Д при зольности 0,1-0,3 .

Пример 1, 2,6 г тетрауглеродмонофторида /ТУМФI загружают в стальной автоклав, футерованный фторопластом, добавляют 50 г HF и 6 г КС!Оз, Таким образом мольное соотношение ТУМФ: КС Оэ составляет 4;5, Смесь выдерживают при

100 С 1 ч, Затем для удаления избытка HF автоклав продувают азотом, Фтористый водород конденсируют в ловушке при 0 С и используют для повторного применения.

Твердую реакционную смесь заливают водой (100 мл), перемешивают и отфильтровывают. После 4-х кратной водной промывки твердый продукт высушивают на воздухе при 50 С и получают 3,17 г оксифторида графита.

Рентгенофазовый анализ показывает отсутствие в полученном продукте графита, исходного ТУМФ и твердых солей калия.

Химическим анализом установлен следующий состав полученного продукта, мас. Д: С

57,5; F 27-3; 0 15,2, Мольное отношение углерода к кислороду составляет 5,05, По данным ИК- и ЯМР-спектров характер С-О и

С-F связей в полученном продукте аналогичен характеру этих связей в оксифторидах, получаемых по описанному в литературе методу. Состав продукта отвечает формуле

С5,050 F1,5 Зольность О, 1 /о

Пример 2. 2,6 г тетрауглеродмонофторида (ТУМФ), 50 г HF и 5,2 г NaCIQg, что соответствует мольному соотношению

ТУМФ: КаС!Оз =. 4:5, выдерживают в автоклаве при комнатной температуре 3 ч и выделяют образовавшийся оксифторид графита по методике, описанной в примере 1, Рентгенофазовые, ИК- и ЯМР-спектроскопические характеристики продукта аналогичны таковым для оксифторида графита, полученного согласно примеру 1. Химическим анализом установлен следующий состав полученного продукта, мас. Д: С 57,0;

F 27,3; О 15,7. Мольное отношение углерода к кислороду составляет 4,84. Состав продукта отвечает формуле С4,в40Р1,45, Зольность 0,2 р .

1790546 да графита отвечает формуле Cn,srOFt,sn. Зольность 0,3;ь.

Формула изобретения продукта, в качестве соединения графита используют тетрауглеродмонофторид и обработку ведут хлоратом щелочного металла или триоксидом хрома в среде жидкого фтористого водорода при температуре не более

100 С при молярном соотношении тетрауглеродмонофторид; хлорат щелочного металла или триоксид хрома 4:5-8.

Способ получения оксифторидов графита, включающий обработку соединений графита в окислительной среде, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения пожароопасности и взрывоопасности процесса и снижения себестоимости конечного

Составитель А. Назаров

Техред ММоргентал Корректор C.Шекмар

Редактор Т,Куркова

Заказ 364 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Пример 3. 2,6 г тетрауглеродмонофторидэ (ТУМФ). 50 г HF и 8 г С03. что сооТветствует мольному соотношению ТУМФ:

СгОз 4:8, выдерживают в автоклаве при комнатной температуре 3 ч, После удаления избытка HF, реакционную массу заливают горячей водой(80 С, 100 мл) и перемешивают, Затем отфильтровывают, 5-6 раз промывают горячей водой (80 С) и высушивают на воздухе при 50 С. Получают 3,25 r оксифторида графита, содержащего по данным анализа, мас. : С 54,7; F 29,3; О 16,0. Мольное отношение углерода к кислороду составляет

4,56. Рентгенофазовый анализ показывает отсутствие в продукте графита, исходного

ТУМФ и твердых соединений хрома. ИК-. и

ЯМ Р-спектроскопические характеристики полученного оксифторида графита аналогичны таковым для продуктов, полученных согласно примерам 1 и 2. Состав оксифториТаким образом, предлагаемый способ

5 получения оксифторидов графита значительно проще, чем известный, так как одностадийный процесс получения тетрауглеродмонофторида значительно проще многостадийного процесса получе10 ния окиси графита и более технологичен, так как в виду гидрофобности тетерауглеродмо. нофторида и оксифторидов графита процесс водной отмывки получаемых согласно изобретению оксифторидов графита не ос15 ложняется сорбцией твердых солей (продуктов восстановления окислителей) из водных растворов, что характерно для процессов получения окиси графита, используемой для получения окиси графита по известному ме20 тоду.